Биотехнологические аспекты производства препаратов сальмонеллезного бактериофага

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

14.04.01 - технология получения лекарств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата фармацевтических наук

БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОИЗВОДСТВА ПРЕПАРАТОВ САЛЬМОНЕЛЛЕЗНОГО БАКТЕРИОФАГА

ШИТОВА ОЛЬГА ИВАНОВНА

Пермь - 2013

Работа выполнена в Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования “Пермская государственная фармацевтическая академия” Министерства здравоохранения Российской Федерации.

Научный руководитель:	доктор медицинских наук, профессор Казьянин Александр Викторович
Научный консультант:	доктор медицинских наук Захарова Юлия Александровна
Официальные оппоненты:	доктор фармацевтических наук, доцент Блинова Ольга Алексеевна
	доктор медицинских наук, профессор Маслов Юрий Николаевич
Ведущая организация:
ГБОУ ВПО “Казанский государственный медицинский университет” Минздрава России

Защита диссертации состоится “___” апреля 2013 года в ___ часов на заседании диссертационного совета Д 208.068.01. при ГБОУ ВПО “Пермская государственная фармацевтическая академия” Минздрава Российской Федерации по адресу: 614990, г. Пермь, ул. Полевая, 2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГБОУ ВПО “Пермская государственная фармацевтическая академия” Минздрава Российской Федерации по адресу: 614070, г. Пермь, ул. Крупской, 46.

Дата размещения объявления о защите диссертации на сайте Министерства образования и науки Российской Федерации http://www.mon.gov.ru “__” ______ 2013 г. и на сайте ГБОУ ВПО ПГФА Минздрава России http://www.pfa.ru “__” ______2013 г.

Автореферат разослан “ “ 2013г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат фармацевтических наук Н.В. Слепова

Шитова Ольга Ивановна (Россия)

Биотехнологические аспекты производства препаратов сальмонеллезного бактериофага

Проанализирована динамика заболеваемости сальмонеллезами на территории Пермского края за 1987-2011гг. Изучены биологические свойства сальмонелл, выделенных из клинического материала лечебных учреждений Пермского края. Отработана система отбора потенциально производственных штаммов сальмонелл-продуцентов бактериофага на основе принципов динамичного обновления качественного и количественного состава культур. Предложены и внедрены в производственных условиях технологические приемы по совершенствованию технологии производства сальмонеллезных бактериофагов, включая способ совместного культивирования, очистки жидкого фага с помощью ультрафильтрации. Разработаны, признанные изобретением, технологические подходы для получения таблетированной формы бактериофага, обеспечивающей его устойчивость к кислому содержимому желудка.

Shitova Olga (Russia)

Biotechnological aspects of production of Salmonella bacteriophage preparations

Study of epidemiological aspects, biological characteristics and sensitivity of salmonella circulating in the Perm Region, Russia to antibacterial drags are presented in the paper. In the course of exploration authors have ascertained that the dynamics of salmonella morbidity of the population of the Perm Region, Russia for 1987-2011 was higher that in other parts of the Russian Federation and it was caused by the prevalence of S. enteritidis circulating in the Perm Region.

Technological methods improving production technology of Salmonella phages including the method of co-culture, the method of cleaning liquid phage by ultrafiltration were proposed and implemented. Technological approaches for tablet form of the bacteriophage which ensures its resistance to acidic contents of stomach were developed and recognized was invention.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Актуальность проблемы заболеваемости сальмонеллезами, которые в структуре острых кишечных инфекций занимают одно из ведущих мест, определяется их повсеместным распространением, тяжестью течения патологического процесса, возможностью неблагоприятных исходов, длительностью бактерионосительства и значимостью социально-экономического ущерба. Эпидемическая ситуация по сальмонеллезам в мире продолжает оставаться неблагополучной. В последние годы наблюдается тенденция роста заболеваемости сальмонеллезами и в России. Ее уровень в 2011 г. составил 36,13 на 100 тыс. населения [О.В. Гурьева, 2010; Л.С. Удавихина, 2009; И.В. Чиркова, 2008]. Устойчивость сальмонелл к антибиотикам, основным средствам этиотропной терапии, появление полирезистентных вариантов возбудителя [В.Г. Акимкин, 2010; Л.Н. Милютина, 2008] ставят задачу поиска новых лекарственных антимикробных средств, созданных на основе современных биотехнологий.

Одним из направлений в решении этой сложной проблемы является использование лечебно-профилактических препаратов бактериофагов, обеспечивающих специфическое литическое действие на возбудителя и не оказывающих побочных токсических и аллергических реакций на организм человека. В условиях роста антибиотикорезистентности микроорганизмов бактериофаги начинают все шире использоваться в клинической практике [О.С. Дарбеева, 2006; И.В. Красильников, 2010; Е.Б. Лазарева, 2003 и др.].

В сфере изготовления препаратов бактериофагов актуальными являются задачи, связанные с усовершенствованием технологического процесса их производства, включая разработку эффективных способов очистки, конструирование поликомпонентных препаратов и создание новых лекарственных форм. В настоящее время при выпуске сальмонеллезных бактериофагов предпочтение отдается жидким препаратам. Однако, кислая среда желудка оказывает инактивирующее действие на бактериофаг при его пероральном приеме. Сохранение исходной активности фага, уменьшение объемов препаратов при их транспортировке и хранении диктует необходимость выпуска таблетированных и капсульных лекарственных форм.

Таким образом, обеспечение высокой литической активности фага и придание препарату качественно новых потребительских свойств, ставят задачу создания новой желудочно-резистентной таблетированной композиции сальмонеллезного бактериофага на основе совершенствования технологии его производства.

Цель настоящего исследования - совершенствование технологии производства жидкого очищенного препарата сальмонеллезного бактериофага и создание на его основе желудочно-резистентных таблеток без оболочки.

Основные задачи исследования

1. Создать производственную коллекцию штаммов сальмонелл - продуцентов сальмонеллезного бактериофага с включением в ее состав штаммов серологических вариантов сальмонелл, циркулирующих в Пермском крае.

2. Усовершенствовать процесс культивирования и разработать способ очистки жидкого сальмонеллезного бактериофага.

3. Оценить эффективность разработанного способа очистки сальмонеллезного бактериофага, изучить стабильность и антибактериальную активность экспериментально-производственных серий препарата.

4. Разработать состав и оптимизировать технологию изготовления и параметры таблетирования сальмонеллезного бактериофага.

5. Провести оценку качества желудочно-резистентных таблеток сальмонеллезного бактериофага без оболочки, изучить их стабильность в процессе хранения.

Научная новизна работы. На основе разработанных принципов периодического обновления качественного и количественного состава культур сальмонелл сформирована производственная коллекция из штаммов - продуцентов сальмонеллезного бактериофага, отражающая этиологическую структуру сальмонеллеза в Пермском крае.

Определены методические приемы по совершенствованию технологии производства сальмонеллезного бактериофага, включая процессы культивирования и очистки препарата от бактериальных клеток и балластных веществ. сальмонелла культивирование бактериофаг таблетка

Разработаны и признаны изобретением новые технологические подходы для получения таблетированной формы сальмонеллезного бактериофага без оболочки, обеспечивающие его устойчивость к кислому содержимому желудка (Патент РФ на изобретение № 2410084).

Практическая значимость работы. Разработанные эффективные микробиологические и технологические приемы позволяют адаптировать процессы изготовления сальмонеллезного бактериофага к условиям массового производства препарата, расширяющего арсенал отечественных антибактериальных средств.

Сформированная коллекция штаммов-продуцентов сальмонеллезного бактериофага, подвергаемая периодическому обновлению на основе штаммов сальмонелл, циркулирующих на территории Пермского края обеспечивает получение поливалентного препарата Бактериофаг сальмонеллезный групп А,В,С,D,Е.

Способ совместного культивирования штаммов-продуцентов сальмонеллезного бактериофага из разных серологических групп сальмонелл и разработанный способ очистки бактериофага от бактериальных клеток и балластных веществ, позволят получить стабильный очищенный препарат сальмонеллезного бактериофага с высокой литической активностью.

Внедрение результатов исследования. Результаты научной работы отражены в НД: Промышленный регламент № 2057-09 на производство Бактериофага сальмонеллезного групп А,В,С,D,Е жидкого раствора для приема внутрь и местного применения, проект ФСП на Бактериофаг сальмонеллезный групп А,В,С,D,Е таблетки.

Разработан состав и технология производства желудочно-резистентных таблеток сальмонеллезного бактериофага без оболочки. В экспериментально-производственных условиях получены 3 серии желудочно-резистентных таблеток, соответствующих показателям качества нормативной документации.

Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийских научно-практических конференциях “Вакцинология - 2006; Вакцинология - 2010. Совершенствование иммунобиологических средств профилактики, диагностики и лечения инфекционных болезней”, Москва, 2006; Москва, 2010; Международной Российско-китайской конференции по фармакологии “Fundamental pharmacology and pharmacy-clinical practice”, Пермь, 2006; Российской научно-практической конференции “Современное состояние и пути оптимизации лекарственного обеспечения населения”, Пермь, 2008; Всероссийской научно-практической конференции “Создание и перспективы применения медицинских иммунобиологических препаратов”, Пермь, 2008; XVII Российском национальном конгрессе “Человек и лекарство”, Москва, 2010.

По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 - в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ. Получен Патент РФ на изобретение № 2410084 “Фармацевтическая композиция на основе секстафага (пиобактериофага поливалентного) или бактериофага сальмонеллезного и способ ее получения”.

Конкретное участие автора в получении научных результатов. Все приведенные в диссертации данные были получены самим автором или при непосредственном его участии на базе ГБОУ ВПО “Пермская государственная фармацевтическая академия” Минздрава России и филиала ФГУП “НПО “Микроген” Минздрава России “Пермское НПО “Биомед”.

Связь задач исследования с проблемным планом фармацевтических наук. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ ГБОУ ВПО “Пермская государственная фармацевтическая академия” Минздрава РФ, номер государственной регистрации 01.9.50 007426.

Объём и структура диссертации. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 32 таблицы и иллюстрирована 16 рисунками. Состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, трех глав собственных экспериментальных исследований, заключения, выводов, списка литературы и приложения. Список цитируемой литературы включает 146 источников, включая 119 отечественных и 27 зарубежных авторов.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Создание производственной коллекции штаммов сальмонелл - продуцентов сальмонеллезных бактериофагов, обеспечивает получение препарата Бактериофаг сальмонеллезный групп А,В,С,D,Е, обладающего высокой специфической литической активностью.

2. Использование способа совместного культивирования сальмонеллезного бактериофага и бактерий сальмонелл групп А,В,С,D,Е на казеиново-кислотной среде с последующей очисткой фаголизата методом ультрафильтрации позволяет оптимизировать технологию получения и повысить качество препарата.

3. Оптимизация технологических параметров производства таблетированной формы сальмонеллезного бактериофага (подбор композиции, выбор соотношения вспомогательных веществ и концентрата, метода сушки, формы и массы таблетки, давления прессования) обеспечивает создание желудочно-резистентных таблеток без оболочки, соответствующих требованиям нормативной документации.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе представлен обзор литературы по теме диссертации, включающий изучение эпидемиологических особенностей сальмонеллеза на современном этапе, характеристику биологических свойств сальмонелл. Представлен современный обзор о физиологии и экологии бактериофагов, описаны технологические процессы культивирования, способы очистки, приведены сведения по ассортименту выпускаемых лекарственных форм и технологические приемы их получения.

Во второй главе изложены материалы и методы, использованные при проведении работы.

Основная часть диссертационной работы по созданию желудочно-резистентных таблеток сальмонеллезного бактериофага без оболочки выполнена на базе филиала ФГУП “НПО “Микроген” Минздрава России “Пермское НПО “Биомед”. Клиническими базами для проведения бактериологических исследований явились ММУ МСЧ №1 г. Перми, лаборатория “ООО Новые технологи” г. Пермь, ФГБУЗ Пермский клинический центр ФМБА России. В работе использованы эпидемиологические, микробиологические, биотехнологические и статистические методы.

Ретроспективный эпидемиологический анализ заболеваемости сальмонеллезами на территории России и Пермского края за 25 лет (1987-2011гг.) с оценкой многолетней динамики проведен по данным официальной статистики Роспотребнадзора Пермского края. Оценку многолетней динамики заболеваемости сальмонеллезом с определением внутренней тенденции и темпов прироста (снижения) проводили по методике В.И. Речкина (1989г.).

Для формирования производственной коллекции штаммов-продуцентов сальмонеллезного бактериофага использовали штаммы сальмонелл S. paratyphi А, S. рaratyphi В, S. typhimurium, S. heidelberg, S. newport, S. choleraesuis, S. oranienburg, S. infantis, S. dublin, S.enteritidis, S. anatum, S. newlands, выделенные от пациентов с острыми кишечными инфекциями (ОКИ) из стационаров г. Перми и Пермского края (893штамма), а также полученные из ГИСК им. Тарасевича г. Москва (94 штамма). Идентификацию сальмонелл осуществляли по культуральным, тинкториальным, морфологическим, биохимическим, серологическим свойствам с использованием стандартных методик (МУ 4.2.2723-10). Оценку чувствительности штаммов сальмонелл к антибактериальным препаратам (ампициллин, амоксиклав, цефазолин, цефотаксим, гентамицин, доксициклин, ципрофлоксацин, левомицетин, нитрофурантоин) проводили согласно МУК 4.2.1890-04 диско-диффузионным методом.

Чувствительность сальмонелл к бактериофагу определяли путем диффузии фага в питательный агар и по методу Аппельмана. Чувствительность 924 штаммов сальмонелл к клонам вирулентных бактериофагов, лизируемость культур сальмонеллезным фагом определяли по методу Аппельмана в разведениях от 10² до 10⁶. Для повышения литической активности маточного бактериофага проводили его адаптацию путем последовательных селектирующих пассажей на слаболизирующихся штаммах сальмонелл.

С целью получения суточной бульонной культуры 120 производственных штаммов сальмонелл групп А,В,С,D,Е засевали во флаконы со 100 мл казеиново-кислотной среды с последующей инкубацией в термостате в течение 20±4 часов при температуре 36,0±1,0°С.

Раздельное культивирование сальмонелл групп А,В,С,D,Е (стандартный режим) проводили в бутылях вместимостью 5 литров. В каждую емкость, содержащую 2 литра казеиново-кислотной среды, вносили по 100 мл суточной бульонной культуры каждой серологической группы сальмонелл с концентрацией микробных клеток 1х10⁹ КОЕ/мл и добавляли 4,0 мл сальмонеллезного маточного бактериофага. Посевы инкубировали в термостате при температуре 36±1⁰С в течение 18-20 часов.

При совместном культивировании посевной материал сальмонелл групп А,В,С,D,Е и маточный бактериофаг в питательную среду вносили одновременно в одну емкость. Суточную микробную культуру засевали из расчета 75±25 млн. клеток на 1мл среды, маточный бактериофаг - в количестве 0,2% от объема засеваемой среды. Культивирование компонентов вели при температуре 36±1⁰С в течение 18±2 часов до полного лизиса культуры.

Очистку бактериофага от бактериальных клеток, эндотоксина и балластных веществ осуществляли методом мембранного разделения - ультрафильтрации в тангенциальном потоке. Для удаления бактериальных клеток, эндотоксинов и балластных веществ питательной среды первоначально полученый фаголизат сальмонелл в объеме 100,0 л подвергали осветляющей микрофильтрации через мембраны с размером пор 0,6 мкм. Последовательное концентрирование бактериофага в 2, 4 и 10 раз было проведено на ультрафильтрационной установке с волокнами на 100 кДа. В дальнейшем полученные фаголизаты разной степени концентрирования были доведены до первоначального объема (100,0 л) с использованием 0,9% раствора натрия хлорида и подвергались стерилизующей фильтрации через фильтр-капсулы Sartobran P с размером пор 0,2 мкм. В качестве восстанавливающих растворов использовали раствор 0,9% натрия хлорида, 0,9% раствор натрия хлорида с двухзамещенным магния хлоридом, фосфатно-буферный раствор. В роли стабилизирующей добавки применяли 30% раствор желатина.

Эффективность очистки фаголизатов контролировали методом жидкостной хроматографии низкого давления с использованием прибора “LKB” (Швеция). Содержание белка в бактериофаге до и после очистки определяли методом, изложенным в ФС 42-3874-99.

Оценку острой и хронической токсичности жидкого очищенного сальмонеллезного бактериофага проводили в экспериментах на здоровых белых мышах обоего пола массой 19-21 г, в соответствие с требованиями руководства по экспериментальному (доклиническому) изучению новых фармакологических веществ Минздрава РФ [Р.У. Хабриев, 2005]. В экспериментах “острой” токсичности лабораторным животным опытной группы (15 шт.) вводили по 0,5 мл препарата однократно перорально, для изучения “хронической” токсичности - аналогичную дозу per os в течение 20 суток. Животные контрольной группы вместо бактериофага получали эквиобъемное количество 0,9% физиологического раствора. У животных обеих групп проведено макроскопическое исследование внутренних органов (тимус, легкие, сердце, печень, селезенка, почки) с оценкой динамики их массы.

При разработке таблеточной лекарственной композиции сальмонеллезного бактериофага использовали концентрированный в 100 раз жидкий препарат. В качестве вспомогательных веществ для таблетирования были выбраны: кальция глюконат, лактоза, магния стеарат, маннит, метилцеллюлоза марки 16 и 35, микрокристаллическая целлюлоза, натрия альгинат, пектин, полифепан (лигнин гидролизный), сорбит пищевой. Все используемые вспомогательные вещества разрешены к применению в медицине и отвечают требованиям НД.

Оценку качества полученных экспериментально-производственных серий жидкого бактериофага и таблеточной формы (по 3 серии каждой, всего 6 серий) осуществляли по параметрам, предусмотренным требованиями ФСП и ГФ XI в. 1, 2 (определение средней массы таблеток, прочности на истирание, распадаемости) и ГФ XII изд., часть 1 (определение стерильности, микробиологической чистоты, токсичности).

Специфическую активность жидкого бактериофага и его таблеточной формы определяли по методу Аппельмана, на 24 штаммах сальмонелл S. paratyphi А, S. рaratyphi В, S. typhimurium, S. heidelberg, S. newport, S. choleraesuis, S. oranienburg, S. infantis, S. dublin, S.enteritidis, S. anatum, S. newlands, результаты активности выражали в титрах, в баллах и в процентном соотношении к исходной концентрации бактериофага. Концентрацию фаговых частиц в препарате определяли на двухслойном агаре по методу А. Gratia.

Статистический анализ материалов диссертационного исследования проведен с использованием методов вариационной статистики (Гланц, 1999). Достоверность различий между показателями оценивали с использованием непарного t-критерия Стъюдента. Различия считали статистически значимыми при p<0,05. Результаты статистической обработки в таблицах и рисунках представлены в виде средней арифметической и ее стандартной ошибки (M±m). Для оценки специфической активности серий жидкого и таблетированного сальмонеллезного бактериофага использовалась группа штаммов N > 24.

Третья глава посвящена эпидемиологическим исследованиям и микробиологическим приемам, позволяющим сформировать производственную коллекцию штаммов-продуцентов сальмонеллезного бактериофага.

Проведенные исследования по изучению заболеваемости сальмонеллезом на территории Пермского края за 25 лет (1987-2011 гг.) выявили ее высокий уровень, составляющий 87,6 случаев на 100 тыс. населения, что в 1,87 раза превысило средний показатель по Российской Федерации (46,8 на 100 тыс.). В 2011 году, относительно 2010 года, заболеваемость в Пермском регионе выросла на 17,9% (с 44,10 до 52,02 на 100 тыс.). Рост заболеваемости сальмонеллезом на территории Пермского края обусловил наши исследования по изучению видового состава возбудителей этой инфекции с целью обновления производственной коллекции сальмонелл, созданной нами в период с 2001 по 2009 гг.

Производственная коллекция сальмонелл серологических групп А, В, С, D, Е первоначально включала 924 культуры и состояла из 830 штаммов, выделенных от пациентов инфекционных больниц г.Перми и Пермского края и 94 штаммов, полученных из ГИСК им. Л.А. Тарасевича (г.Москва). Исследование чувствительности штаммов сальмонелл производственной коллекции к клонам вирулентных бактериофагов показало, что резистентными к фагам оказались 27,6% изолятов, чувствительными 8,4%, высокочувствительными - 64,0%. На основании анализа этих данных и с учетом серологической принадлежности сальмонелл к определенным группам нами было отобрано 362 фаголизабельных штамма. При первичном изучении многие штаммы лизировались маточным бактериофагом со средним титром 10^-3-10^-4, что свидетельствовало о низкой литической активности последнего. После осуществления трех пассажей маточного фага на слаболизирующихся культурах сальмонелл его литическая активность выросла до титра 10^-5,610^-7,0 .

В результате проведенной адаптации все 362 штамма сальмонелл различных серологических групп лизировались маточным бактериофагом в титре не ниже 10^-6 для S.typhimurium и не ниже 10^-5 для остальных групп, что соответствовало требованиям ФСП-ЛС -000624-020411.

С целью обновления производственной коллекции штаммов-продуцентов сальмонеллезного бактериофага нами были дополнительно изучены 63 штамма сальмонелл, выделенных от детей и взрослых г. Перми в 2010 году с диагнозом ОКИ. Преобладающим видом в структуре была S.enteritidis (84,2%), на долю S. infantis пришлось 6,3%, удельный вес прочих сальмонелл (S. typhimurium, S. dublin, S. newport, S. mission, S. аfricana) не превысил 9,5%. В целом спектр изученных нами сальмонелл отражал этиологическую структуру сальмонеллезов, зарегистрированных в этот же период времени на территории Пермского края (рис. 1)



Рис. 1. Серологический пейзаж сальмонелл дополнительной музейной коллекции и сальмонеллезов в Пермском крае (2010г.)

На основе производственной коллекции, состоящей из 362 штаммов сальмонелл и дополнительно собранной в 2010г. музейной коллекции из 63 региональных штаммов сальмонелл, была создана обновленная производственная коллекция. В настоящее время эта коллекция, включающая 425 штаммов-продуцентов сальмонеллезного бактериофага и адаптированный маточный сальмонеллезный бактериофаг, являются основой для получения жидкого поливалентного препарата сальмонеллезного бактериофага.

Четвертая глава посвящена новым технологическим приемам, направленным на совершенствование метода культивирования бактериофага и разработку его оптимального способа очистки.

Культивирование бактериофагов является основной технологической стадией сложного производственного процесса получения их препаратов. Главная задача этой стадии заключается в создании оптимальных условий для развития штаммов-продуцентов сальмонеллезного бактериофага и обеспечение максимального выхода биомассы фаговых частиц. Известно, что оптимальной питательной средой для культивирования сальмонелл является казеиново-кислотная среда. Именно поэтому целью данного раздела работы явилась разработка условий получения препарата на этой питательной среде. Учитывая, что сальмонеллезный бактериофаг является поливалентным препаратом, первоначально процесс его репродукции проводили традиционным способом: каждую серогруппу сальмонелл засевали отдельно в бутыли вместимостью 5 литров. Одновременно с этим нами была изучена возможность совместного культивирования сальмонеллезных бактериофагов групп А,В,С,D,Е в одной емкости.

В ходе эксперимента было установлено, что специфическая активность сальмонеллезного бактериофага, полученного при совместном культивировании, была выше (титр фага соответствовал 10^-5,3), чем при раздельном культивировании (титр 10^-4,6) его отдельных компонентов (таб.1).

Таблица 1

Специфическая активность экспериментальных серий сальмонеллезного бактериофага, полученных методом раздельного и совместногоnкультивирования

№ экспериментальной серии бактериофага	Специфическая активность фага, титр по Аппельману
	Метод раздельного культивирования	Метод совместного культивирования
С.1	10-4,3	10-5,0
С.2	10-4,5	10-5,4
С.3	10-5,1	10-5,5
М±m	10-4,63±0,24	10-5,3±0,15 *

Примечание: * - достоверность отличий между группами p<0,05

Таким образом, способ совместного культивирования позволил масштабировать процесс производства сальмонеллезного бактериофага в реакторах-культиваторах объемом 600,0 л и в значительной степени упростить технологический процесс его получения при сохранении высокой литической активности.

Для эффективной очистки фаголизата бактерий от продуктов фаголизиса, включая эндотоксины и балластные вещества питательной среды, нами был использован способ ультрафильтрации в тангенциальном потоке.

С целью выявления оптимального режима очистки препарата данным методом нами были изучены четыре образца разной степени очистки: №1 (неочищенный бактериофаг - контроль); №2 (фаг 2-кратной концентрации); №3 (фаг 4-кратной концентрации); №4 (фаг 10-кратной концентрации).

Результаты литической активности полученных препаратов, проведенные после их восстановления 0,9% раствором натрия хлорида до исходного объема, показали, что все тестируемые образцы (серии с разной степенью очистки) имели высокую исходную специфическую активность (таб. 2).

Таблица 2

Специфическая активность сальмонеллезного бактериофага разной степени очистки при различных сроках хранения препарата

Срок хранения (мес.)	Специфическая активность фага (средний титр по Аппельману)
	Образец №1	Образец №2	Образец №3	Образец №4
0	10-6,0±0,21	10-5,8±0,21	10-5,33±0,14	10-5,42±0,15
3	10-5,83±0,11	10-5,42±0,19	10-5,33±0,19	10-5,25±0,22
12	10-5,75±0,13	10-5,42±0,19	10-4,75±0,28 *	10-4,58±0,36 *

Примечание: * достоверность отличий относительно показателей образца №1- p<0,05

Однако, через 12 месяцев хранения препарата в образцах №3 (фаг 4- кратной концентрации) и №4 (фаг 10- кратной концентрации) наблюдалось значительное снижение специфической активности до титров 10^-4,75±0,28 и 10^-4,58±0,36 соответственно. Титры активности в этих образцах оказались ниже показателей, установленных требованием ФСП (не ниже 10^-5 для S.typhimurium, и не ниже 10^-4 для остальных серологических вариантов). Наилучший результат сохранения литической активности (титр 10^-5,42±0,19) был получен в образце №2 (фаг 2-кратной концентрации). Именно этот вариант очистки был выбран нами для проведения дальнейших исследований.

С целью выбора оптимального раствора для разведения концентрата бактериофага проведены сравнительные испытания 3 серий препарата: с раствором 0,9% натрия хлорида, 0,9% натрия хлорида с двухзамещенным магния хлоридом, фосфатно-буферным раствором. Установлено, что все тестируемые растворы обеспечивали хорошую исходную стабильность препарата (титры фага 10^-4,58, 10^-4,5 и 10^-4,5). Однако оптимальными растворами были признаны 0,9% раствор натрия хлорида и 0,9% раствор натрия хлорида с двухзамещенным магния хлоридом, поскольку в пробе с фосфатно-буферным раствором через 6 месяцев после хранения препарата отмечалось выпадение осадка. Аналогичные результаты были получены при внесении в препарат в качестве стабилизирующей добавки 1,0 мл, 1,5 мл и 2,3 мл 30% раствора желатина. Только внесение 1,0 мл 30% раствора желатина не влияло на физические свойства образцов (в виде выпадения осадка) при прочих равных показателях, включая специфическую активность.

Оценка эффективности разработанного способа очистки (бактериофаг после очистки) относительно исходного образца (бактериофаг до очистки) проведена с использованием метода хроматографического исследования, путем определения в препарате содержания белкового азота, изучения специфической и удельной активности фага.

Хроматографический профиль образцов бактериофага до и после очистки выявил 2 пика высокомолекулярных (2000 кДа и выше) и низкомолекулярных (ниже 25 кДа) веществ, удаленных друг от друга. При этом в процессе ультрафильтрации наблюдалось уменьшение высоты второго пика в 2,0 раза, что свидетельствовало о высокой эффективности очистки, низком содержании в препарате балластных компонентов питательной среды и продуктов фаголизиса.

Эффективность очистки препарата на фоне сохранения высокой литической активности подтверждали результаты содержания белкового азота и удельной активности фага (таб. 3).

Таблица 3

Состав белкового азота, литическая и удельная активность сальмонеллезного бактериофага до и после очистки

Показатель	Сальмонеллезный Бактериофаг до очистки	Сальмонеллезный бактериофаг после очистки
Белковый азот, мг/мл (М±m)	0,04±0,01	0,016±0,0037
Активность (титр фага по методу Грация)	12·10-6	9·10-6
Удельная активность: активность по Грация /белковый азот	300·10-6	562,5·10-6

При оценке острой и хронической токсичности в эксперименте на белых мышах было установлено, что однократное и многократное (в течение 20 дней) пероральное введение препарата животным в дозе 0,5мл не вызывало их гибели, не приводило к изменению внешнего вида, активности и снижению массы тела. По результатам вскрытия внутренние органы имели характерные признаки, нормальное расположение и строение, при этом показатели массы органов животных опытной (при введении бактериофага) и контрольной группы (при введении 0,9% физиологического раствора) существенно не отличались (р>0,05).

При исследовании стабильности 3 тестируемых серий препарата, полученных с использованием предложенного варианта очистки, было установлено, что специфическая активность жидкого сальмонеллезного бактериофага сохраняется на протяжении его регламентированного 24-месячного срока годности и находится в диапазоне от 10^-5,4 до 10 ^-5,6.

Результаты оценки чувствительности 63 региональных штаммов сальмонелл, выделенных в 2010-2011 году от пациентов инфекционных больниц Пермского края к антибиотикам и разработанному нами жидкому очищенному препарату сальмонеллезного бактериофага, выявили высокий уровень чувствительности региональных штаммов сальмонелл к бактериофагу (84%). Результаты существенно превосходили показатели чувствительности штаммов к нитрофурантоину (30,0%), доксициклину (31,8%) и налидиксовой кислоте (68,3%) и были сопоставимы с показателями чувствительности к левомицетину (87,3%), цефотаксиму (98,4%), гентамицину (93,7%), цефазолину (98,4%), ампициллину и амоксиклаву (по 96,8%). Следовательно, разработанный в производственных условиях жидкий очищенный препарат сальмонеллезного бактериофага групп А,В,С,D,Е по своей специфической активности не уступал современным антимикробным средствам, используемым в терапии ОКИ.

На основании проведенных исследований нами была разработана схема и составлен промышленный регламент на получение жидкого сальмонеллезного бактериофага (ПР № 0486997-43-08).

Пятая глава посвящена исследованиям, направленным на разработку оригинального состава таблеток сальмонеллезного бактериофага без оболочки.

Известно, что жидкие лекарственные формы бактериофагов в кислой среде желудка способны частично инактивироваться. Так, воздействие на жидкий сальмонеллезный бактериофаг раствора 0,1М кислоты хлористоводородной в течение 1 часа, проведенное нами в опыте “in vitro”, привело к полной потере специфической активности препарата по отношению к сальмонеллам группы А и снижению на 80-90% - к сальмонеллам групп В,С,D,Е.

Первым этапом наших исследований, направленных на получение желудочно-резистентных таблеток сальмонеллезного бактериофага явился подбор композиции вспомогательных веществ, обеспечивающих стабилизацию жидкого препарата. Для выбора перспективного состава таблеточной композиции было апробировано 18 фармацевтических вариантов с использованием различных вспомогательных веществ, их количественного соотношения, технологических приемов введения в концентрат бактериофага и способов высушивания.

В ходе проведенных исследований 4 варианта композиций относительно других вариантов сохраняли наилучшую специфическую активность (от 26,91±8,45% до 89,03±2,56%) от исходного уровня (таб. 4).

Таблица 4

Варианты состава фармацевтических композиций для получения таблетированной формы сальмонеллезного бактериофага

№ состава композиции	Соотношение наполнителей и бактериофага	Вспомогательные вещества	Специфическая активность фага от исходного уровня (в %)
		стабилизаторы	наполнитель
		Лактоза (о.ч.)	Сорбит (о.ч.)	МЦ (о.ч.)	Кальция карбонат (о.ч.)
С. 1	1:2	25			75	26,91±8,45
С. 2		25	10		65	80,97±5,48
С. 3		24	10	1	65	89,03±2,56
С. 4 #		24	10	1	65	77,83±5,11

# композиция фага без предварительной стабилизации

Значительное преимущество третьей композиции с активностью фага 89,03±2,56%, где стабилизацию осуществляли лактозой, сорбитом, метилцеллюлозой, и добавляли кальция карбонат, определило использование оптимального состава таблеточной формы сальмонеллезного бактериофага при его производстве.

На втором этапе в состав полученной композиции были введены сорбенты: лигнин гидролизный (полифепам), пектин яблочный, натрия альгинат. В предварительных экспериментах установлено, что композиция с лигнином не обеспечивала сохранение специфической активности бактериофага, титр составил 10^-1,8. Вместе с тем, исходная активность фага в таблетках с пектином составила 10^-2,9, с натрия альгинатом - 10^-3,0. Последние два сорбента были использованы нами при дальнейшей разработке таблетированного препарата.

В ходе изучения распадаемости таблеток с пектином (через 1 час воздействия на образцы 0,1 М раствора кислоты хлористоводородной) наблюдалось их разрушение с уменьшением исходного размера в 2 раза. Титр литической активности фага при этом составил 10^-2,0 и соответствовал 67,4% от его исходного уровня. После воздействия на таблетки с натрия альгинатом аналогичного раствора с тем же интервалом времени наблюдалось расслоение ее структуры при сохранении исходной формы. Титр специфической активности фага составил 10^-2,4 и соответствовал 84,8% от его исходной концентрации. Следовательно, в качестве перспективного варианта нами была выбрана композиция с использованием натрия альгината, поскольку она лучше других обеспечивала желудочную резистентность лекарственной форме.

Третьим этапом исследований явился подбор рационального соотношения концентрированного бактериофага и наполнителя. В качестве наполнителей использованы варианты, состоящие из метилцеллюлозы, лактозы, сорбита, кальция карбоната, натрия альгината, кальция или магния стеарата в диапазоне соотношений от 1:3 до 1,25:1 соответственно. Установлено, что композиция в виде пастообразной массы, с соотношением бактериофага и вспомогательных веществ 1,2:1 обеспечивает самую высокую (85,7%) активность препарату.

Таким образом, экспериментально-опытным путем нами была разработана оригинальная фармацевтическая композиция сальмонеллезного бактериофага и вспомогательных веществ в соотношении 1,2:1 при следующем соотношении вспомогательных компонентов (в массовых %):

Метилцеллюлоза	3,0
Лактоза	20,0
Сорбит	10,0
Кальция карбонат	60,0
Натрия альгинат	6,0
Кальция или магния стеарат	1,0

Следующим этапом исследований явился выбор оптимального варианта высушивания препарата, одного из главных заключительных технологических факторов, влияющих на специфическую активность бактериофагов. Апробировано три варианта сушки таблетируемой массы - воздушная, вакуумная и сублимационная (таб. 5).

Таблица 5

Сохранение специфической активности таблетированной формы сальмонеллезного бактериофага при различных вариантах высушивания

Вид сушки	Титр фага	Сохранение специфической активности (в %) к штаммам
		Груп- па А	Группа В	Группа С	Группа D	Группа Е	Средняя активность бактериофага
		S. paratyphi А	S. paratyphi В	S. heidelberg	S. typhimurium	S. newport	S. choleraesuis	S. oranienburg	S. infantis	S. enteritidis	S. dublin	S. anatum	S. newlands
Воздушная	10-2,2	96,8	52,0	93,7	92,8	38,5	100	68,7	25,0	25,0	46,9	81,2	93,7	67,8±8,3
Вакуумная	10-2,6	100	72,0	93,7	88,0	62,5	87,5	93,7	81,2	25,0	43,7	81,2	93,7	76,8±6,5
Сублимационная	10-3,7	100	87,5	100	100	93,7	100	93,7	93,7	96,9	90,6	96,9	100	96,1±1,2

Установлено, что сублимационное высушивание обеспечивает сохранение самой высокой активности (96,1±1,2%) сальмонеллезного бактериофага в таблеточной массе, по отдельным компонентам - в диапазоне от 87,5% до 100%.

Для определения оптимальной формы таблетки в эксперименально-производственных условиях были получены таблетки диаметром 7мм двояковыпуклой формы (ДВ) и плоскоцилиндрической формы с фаской (ПЦ). В исходных ДВ и ПЦ таблетках специфическая активность компонентов бактериофага друг от друга существенно (p>0,05) не отличалась и составила 95,5% и 94,3%. После одночасовой экспозиции в 0,1М растворе кислоты хлористоводородной ПЦ и ДВ таблетки сохранили стандартную форму. При этом активность фага в них снизилась до 88,9% и 87,8% соответственно (p>0,05). Исходя из этого, можно считать допустимым выпуск таблеток с сальмонеллезным бактериофагом ДВ и ПЦ формы.

Для определения влияния массы таблетки на потенциальную желудочную резистентность бактериофага были воспроизведены три серии таблеток массой 80 мг, 160 мг, 320 мг. Установлено прямое влияние массы таблетки на кислотоустойчивость препарата. Таблетки массой 160 мг и более сохраняли активность бактериофагов под влиянием кислой среды на более высоком уровне (рис. 2).

Рис. 2. Влияние массы таблетки на потенциальную желудочную резистентность таблетированной формы сальмонеллёзного бактериофага

Исходя из этого, рациональная масса таблетки должна составлять не менее 160 мг, что эквивалентно дозе 20 мл жидкого препарата.

Для изучения влияния на стабильность фага давления прессования нами были выбраны значения данного параметра в диапазоне от 40 МПа до 160 МПа. У таблеток, спрессованных под давлением 40 МПа прочность на сжатие (4,7Н) не соответствовала технологическим показателям таблетирования (не менее 30Н). Средняя литическая активность бактериофага в таблетках, спрессованных под давлением 80 МПа, составив 91,4%, не имела существенных отличий от литической активности таблеток, спрессованных под давлением 120 МПа (91,6%) и 160 МПа (92,7%). После одночасовой экспозиции в 0,1М растворе кислоты хлористоводородной у таблеток, спрессованных под давлением 80, 120 и 160 МПа, показатели сохранения литической активности фага находились на уровне 84,1% - 86,2% и не имели достоверно значимых (p>0,05) статистических отличий. Однако таблетки, спрессованные под давлением 80 МПа, не соответствовали фармакопейным требованиям, поскольку имели пористую поверхность. Исходя из этого, при производстве таблеток c сальмонеллезным бактериофагом мы рекомендуем проводить прессование под давлением 120-160 МПа.

Основным этапом технологии получения таблеток является стандартизация их качественных характеристик. В экспериментально-производственных условиях, согласно технологической схеме получения препарата (рис. 3) были изготовлены три серии гранулята. Все серии обладали высокой сыпучестью (6,0 г/сек) и прессуемостью (от 48,0 до 50,0Н), по насыпной плотности относились к средней группе порошков, что позволяло использовать их в технологии таблетирования. Из полученного гранулята были получены три серии таблеток диаметром 7 мм плоскоцилиндрической формы с фаской и проведена их предварительная технологическая стандартизация. Все технологические параметры полученных нами серий таблеток соответствовали требованиям НД ГФ ХI.

Средний титр специфической активности фага в полученных таблетках после воздействия на них 0,1 М НСI и желудочного сока в течение 1 ч составил 10^-3,1±0,19; и 10^-3,21±0,17 соответственно и несущественно отличался от исходного уровня 10^-3,9±0,04, что позволило сделать вывод о кислотоустойчивости разработанных нами таблеток сальмонеллезного бактериофага без оболочки. В течение 18 месяцев желудочно-резистентные таблетки сохраняли специфическую активность при температуре от 2єС до 8єС (титр выше 10^-4 для штаммов S. typhimurium и 10^-3 для остальных штаммов сальмонелл), что свидетельствовало о стабильности полученной нами лекарственной формы. Микробиологическая чистота разработанного препарата, согласно требованиям ГФ XII соответствовала категории 3А, (обнаружено менее 10 КОЕ бактерий и грибов в 1 г). В ходе эксперимента на животных по оценке токсичности таблеток установлено, что готовые таблеточные серии таковой не обладали.

По результатам проведенных исследований составлен проект Фармакопейной статьи предприятия, предусматривающий контроль препарата по показателям: описание, подлинность, средняя масса, распадаемость, микробиологическая чистота, аномальная токсичность, специфическая активность (таб. 6).

Таблица 6

Спецификация

“Бактериофаг сальмонеллезный групп А,В,С,D,Е таблетки” ФГУП “НПО “Микроген”

Показатель	Метод	Нормы
Описание	Визуальный	Таблетки круглые двояковыпуклые или плоскоцилиндрические, диаметром 7 мм, серовато- белого цвета
Подлинность	Метод Аппельмана	Препарат должен вызывать специфический лизис сальмонелл гр. А- Salmonella paratyphi A, гр. В - S. paratyphi В, S. typhimurium, S. heidelberg, гр. С - S. newport, S. choleraesuis, S. oranienburg, S. infantis, гр. D - S. dublin, S. enteritidis, гр. E - S. anatum, S. newlands
Средняя масса	ГФ XI, вып. 2, c. 154	От 0,153 до 0,177 г
Распадаемость	ГФ XI, вып. 2, c. 154	Не должны распадаться в течение 1 ч в растворе кислоты хлористоводородной (0,1 моль/ л) при (372) C и должны распадаться после промывания водой в 1,5% растворе натрия гидрокарбоната в течение не более 1 ч
Микробиологическая чистота	ГФ XII, вып.1, c.161	Категория 3A
Токсичность	ГФ XII, вып.1, c.124	Должен быть нетоксичным
Специфическая активность	Метод Аппельмана	Препарат должен лизировать бактерии сальмонелл в разведении не менее: 10-4 для S. typhimurium 10-3 для Salmonella paratyphi A, гр. В - S. paratyphi В, S. heidelberg, гр. С - S. newport, S. choleraesuis, S. oranienburg, S. infantis, гр. D - S. dublin, S. enteritidis, гр. E - S. anatum, S. newlands
Производственные штаммы		Не менее 10 штаммов S. paratyphi A, не менее чем по 30 штаммов сальмонелл гр.В, гр.С, гр. D, не менее 20 штаммов сальмонелл гр. Е
Упаковка		По 20 или 30 таблеток во флаконе
Маркировка	РД 42-1100/1440-99-113	В соответствии с ФСП
Транспортирование	СП 3.3.2.1248-03	При температуре от 2 до 8 єС
Хранение	СП 3.3.2.1248-03	В сухом защищенном от света месте при температуре от 2 до 8 єС
Срок годности		1 год

ВЫВОДЫ

1. Сформирована подвергаемая ежегодному обновлению коллекция штаммов сальмонелл, продуцентов сальмонеллезных бактериофагов, обеспечивающая получение препарата (Бактериофаг сальмонеллезный групп А,В,С,D,Е), обладающего высокой специфической активностью.

2. Способ совместного культивирования бактерий Salmonellа групп А,В,С,D,Е и сальмонеллезных бактериофагов на казеиново-кислотной питательной среде, промышленный способ очистки фаголизатов бактерий штаммов сальмонелл от бактериальных клеток, метаболитов и балластных веществ питательной среды с использованием метода ультрафильтрации, позволяет усовершенствовать технологию получения жидкого сальмонеллезного бактериофага.

3. Производственные серии препарата сальмонеллезного бактериофага, полученные в соответствии с разработанной оригинальной технологией, по показателям качества (описание, рН, специфическая активность, стерильность, токсичность) полностью соответствуют требованиям ФСП-000624-020411, по антибактериальной активности (84%) находятся на уровне современных антимикробных средств.

4. Разработана оригинальная таблеточная композиция с сальмонеллезным бактериофагом (Патент РФ на изобретение № 2410084), включающая вспомогательные вещества: метилцеллюлозу, сорбит, лактозу, кальция карбонат, натрия альгинат, магния стеарат в соотношении 3:10:20:60:6:1 соответственно, соотношение концентрата и вспомогательных веществ составляет 1,2:1. Наилучшие технологические параметры для сохранения литической активности препарата в композиционной таблеточной массе обеспечивают сублимационное высушивание и давление прессование в диапазоне от 120 до160 МПа.

5. По показателям качества кишечнорастворимые таблетки сальмонеллезного бактериофага без оболочки двояковыпуклой или плоскоцилиндрической формы с массой не менее 160 мг соответствуют требованиям Государственной Фармакопеи XI и сохраняют стабильность в течение 18 месяцев (срок наблюдения) при температуре от 2 до 8єС. На “Бактериофаг сальмонеллезный групп А,В,С,D,Е таблетки” разработан проект Фармакопейной статьи предприятия ФГУП “НПО” “Микроген” Минздрава России.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Ефимова, М. Г. Опыт получения бактериофага сальмонеллезного групп А,В,С,D,E / М. Г. Ефимова, А. В. Казьянин, О. И. Шитова // 2-nd Russian Chinese international scientific conference on pharmacology “Fundamental pharmacology and pharmacy-clinical practice” : мaterials of conference, 25-27 September, 2006, Perm, Russia, 2006. - Perm, 2006. - P. 57.

2. Ефимова, М. Г. Изучение чувствительности сальмонелл к бактериофагу / М. Г. Ефимова, О. И. Шитова // Тезисы Всероссийской научно-практической конференции “Вакцинология 2006. Совершенствование иммунобиологических средств профилактики, диагностики и лечения инфекционных болезней” : материалы Всерос. науч.-практ. конф., 21-22 нояб., Москва. - Москва, 2006. - С. 42.

3. Шитова, О. И., Получение сальмонеллезного бактериофага путем адаптации и селекции / О. И. Шитова, М. Г. Ефимова // Создание и перспективы применения медицинских иммунобиологических препаратов : материалы Всерос. науч.-практ. конф., посвящ. 110-летию филиала ФГУП “НПО “Микроген” “Пермское научно-производственное объединение “Биомед”, 17-18 июня 2008 г. - Пермь, 2008. - С. 106-108.

4. Технологические аспекты разработки таблеток сальмонеллезного фага / О. И. Шитова [и др.] // Современное состояние и пути оптимизации лекарственного обеспечения населения : материалы Рос. науч.-практ. конф. ПГФА : материалы Рос. науч.-практ. конф. ПГФА, проводимой в рамках 14-ой междунар. выставки “Медицина и здоровье” (13-15 нояб. 2008 г.). - Пермь. - Пермь, 2008. - С. 261-264.

5. Получение таблеток с сальмонеллезным бактериофагом / О. И. Шитова [и др.] // Разработка, исследование и маркетинг новой фармацевтической продукции : сб. науч. тр. - Пятигорск, 2010. - Вып. 65. - С. 254-256.